Разработка и исследование системы управления синхронным двигателем с применением пакета моделирования SimInTech.

ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1 ОПИСАНИЕ СДПМ И БДПТ 10
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ 15
2.1 Принцип работы синхронного двигателя с постоянными магнитами 15
2.2 Уравнение равновесия статора 19
2.3 Уравнение момента синхронного двигателя 19
2.4 Уравнения для создания имитационной модели 21
ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ БЕСКОЛЛЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА 23
3.1 Принцип работы бесколлекторного двигателя постоянного тока 23
3.2 Уравнение равновесия статора 24
3.3 Уравнение момента ротора 25
3.4 Имитационная модель БДПТ 29
ГЛАВА 4 СОЗДАНИЕ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ 31
4.1 Имитационная модель СДПМ 31
4.2 Имитационная модель БДПТ 43
ГЛАВА 5 АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 49

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящее время остро стоит вопрос импортозамещения программ для имитационного моделирования процессов в электроэнергетических системах. Существует множество различных программ для моделирования, каждая из которых имеет свой готовый инструментарий и заточена под определенные задачи. Проанализируем некоторые из них: MatLab/Simulink, GNU Octave, Scilab/Xcos, Engee и SimInTech.
MatLab – это высокоэффективный язык инженерных и научных вычислений, который поддерживает математические вычисления, визуализацию научной графики и программирование с использованием легко осваиваемого операционного окружения [1]. Simulink является приложением к пакету MatLab, основная задача которого дать возможность пользователю создать модель устройства, используя готовую библиотеку блоков. Simulink – самостоятельный инструмент MatLab, при работе с которым не требуется знать сам MatLab и остальные его приложения, при этом есть возможность пользоваться его инструментами. Как выглядит интерфейс данной программы представлено на рисунке 1.
Рисунок 1 – Интерфейс среды моделирования MatLab
К достоинствам MatLab относится:
1. Широкий функционал. Язык MatLab включает продвинутую библиотеку для обработки и построения графиков, интегрирования функции линейной алгебры (LAPACK, BLAS), быстрого преобразования Фурье (FFTW), работы с полиномами, базовой статистики, решением дифференциальных уравнений и пр;
2. Преобразования в «быстрый» код. Программы, написанные на MatLab, можно перевести на C/C++ с помощью MatLab Coder.

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА 1 ОПИСАНИЕ СДПМ И БДПТ

В связи с ростом технологий и методов как имитационного моделирования, так и современных материалов с каждым годом учёные предлагают новые способы управления электрическими аппаратами, дорабатывают их конструкции, внедряют современные технологии [7]. В дальнейшем развитие техники способно привести к возникновению более эффективных и мощных устройств, которые приведут к модернизации различных отраслей, а также автоматизации большого количества рабочих процессов и увеличению эффективности и точности способов производства.
Одной из самых распространенных электрических машин является синхронный двигатель, который широко применяется в промышленности, инфраструктуре, транспорте и других областях, и ценится за свою эффективность, регулируемость скорости, постоянство этой скорости и высокий коэффициент мощности.
В данной работе будет рассмотрено 2 вида синхронного двигателя: синхронный двигатель с постоянными магнитами (СДПМ) и бесколлекторный двигатель постоянного тока (БДПТ).
Синхронный двигатель с постоянными магнитами – это тип электродвигателей, который преобразует электрическую энергию в механическую с использованием постоянных магнитов и электромагнитной индукции. Его устройство изображено на рисунке 6.

Рисунок 6 – Синхронный двигатель со встроенными магнитами
Принцип работы СДПМ основан на взаимодействии вращающегося поля обмотки статора, которое возникает при подведении к нему трехфазного переменного напряжения, с полем постоянных магнитов, расположенных на роторе. Число пар полюсов статора и ротора равны, скорости вращения полей одинаковы, а значит возникает постоянное электромагнитное притяжение противоположных полюсов статора и ротора. Таким образом возникает электромагнитный момент.
Синхронный двигатель только с постоянными магнитами не имеет пускового момента, поэтому для пуска двигателя на его ротор устанавливают короткозамкнутую обмотку на подобие беличьей клетки, которая позволяет разогнать ротор двигателя до скорости, близкой к синхронной, тем самым давая ему возможность втянуться в синхронизм.
Развитие СДПМ важно по нескольким причинам:
1. Повышение эффективности, что помогает снизить энергопотребление данным двигателем, положительно влияя на питающую энергосистему;
2. Увеличение плотности мощности, которая позволяет создавать более компактные и мощные устройства.
Бесколлекторный двигатель постоянного тока (БДПТ) – это разновидность синхронных двигателей с постоянными магнитами, которые питаются от цепи постоянного тока через инвертор, управляемый контроллером с обратной связью. Его устройство представлено на рисунке 7.

Рисунок 7 – Бесколлекторный двигатель постоянного тока
Бесколлекторный двигатель состоит из ротора (подвижная часть) и статора (неподвижная часть). Большинство БДПТ являются трехфазными, поэтому на статоре располагается трехфазная обмотка. Ротор включает в себя постоянный магнит, который может иметь одну или несколько пар полюсов. Когда к обмотке статора приложена трехфазная система напряжений, то обмотка создает вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным магнитом на роторе и приводит его в движение. По мере того, как ротор поворачивается, вектор его магнитного поля поворачивается по направлению к магнитному полю статора. Управляющая электроника отслеживает направление, которое имеет магнитное поле ротора и изменяет напряжение, приложенное к обмотке статора таким образом, чтобы магнитное поле, создаваемое обмотками статора, повернулось, опережая магнитное поле ротора.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Цвенгер И. Г. Сравнительный анализ программных средств моделирования электромеханических процессов в электроприводе //Вестник Казанского технологического университета. – 2014. – Т. 17. – №. 24. – С. 246-251.
2. Дьяконов В. MATLAB 6/6.1/6.5+ Simulink 4/5 в математике и моделировании. – Litres, 2022.
3. Официальный сайт разработчика Octave: URL: https://octave.org/about.
4. Официальный сайт разработчика SimInTech: URL: https://simintech.ru/?from=sdt.
5. Официальный сайт Advance Engineering: URL: https://advengineering.ru/ru/news/seriya-korotkih-video-primerov-simintech-perehod-n/.
6. Официальный сайт MathWorks: URL: https://www.mathworks.com/company/aboutus/policies_statements/recent-sanctions.html
7. El-Shahat A. Induction Motors-Recent Advances, New Perspectives and Applications. – 2023.

Весь текст будет доступен после покупки